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《西安理工大学》 2010年
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强震区高面板堆石坝边坡稳定动力有限元分析方法研究

张葛  
【摘要】: 随着我国国民经济建设的发展,我国的水电建设迎来前所未有的蓬勃发展时期,一批高库大坝已经开工建设或即将兴建,而在这些在建或拟建的高库大坝中,混凝土面板堆石坝占了相当大比重,而且在这其中有许多高面板堆石坝处于强震高发区,这些高面板堆石坝的抗震设计就成为工程设计中极为重要的一个环节,因此高面板堆石坝抗震安全性分析与评价也日益为工程界所深切关注。 面板堆石坝坝坡的稳定性直接影响到工程的安全性及建设的经济性,尤其是在强震区修建高面板堆石坝,采取合理的坝坡稳定分析方法进行高面板堆石坝的坝坡稳定分析,根据分析结果指导工程设计尤为重要。 本文采用有限元数值分析方法,结合堆石料的静动力本构模型,提出一种强震区高面板堆石坝坝坡稳定分析的静动力有限元方法。结合大型有限元软件ADINA和GEO-SLOPE在大坝结构计算应用特点,以应力水平作为桥梁,通过定性分析与定量分析相结合的思路,研究强震区高面板堆石坝坝坡稳定有限分析方法。具体研究内容依次包括以下几点: (1)系统论述了目前应用较为广泛的几种堆石料的静动力本构模型,通过对各种堆石料静动力本构模型在实际应用的研究比较,获得了本文进行研究时堆石料材料静力本构采用邓肯张E-B模型,动力本构采用Hardin—Drnevich双曲线本构模型。 (2)在前人建立结构动力分析的单元动力平衡方程及结构体系动力平衡方程的基础上,研究了采用动力时程分析法进行面板堆石坝动力分析时求解动力平衡方程的方法和步骤。结合面板堆石坝的结构特点,研究了堆石坝体、面板、垫层与面板接触面等各构成部分工作状态的有限单元模拟形式,研究了面板堆石坝应力变形计算中分级加载、蓄水过程和系统阻尼的模拟问题。 (3)系统论述了目前进行面板堆石坝坝坡稳定分析的各种理论和方法,结合ADINA和GEO-SLOPE软件在面板堆石坝应力变形和坝坡稳定分析应用方面的特点,研究提出了一种考虑堆石料非线性抗剪强度特性的高面板堆石坝动力坝坡稳定有限元分析方法。首先,根据面板堆石坝应力变形的三维有限元计算结果,获得大坝整体应力水平分布,根据大坝应力水平分布状况定性的拟定面板堆石坝在正常运行状况和遭遇强地震情况下潜在滑动失稳断面位置和断面内搜索范围。其次,研究利用GEO-SLOPE软件考虑堆石料非线性抗剪强度特性的方法和实施步骤。最后,研究动力坝坡稳定分析中动力抗滑安全系数的计算及最危险滑动面搜索方法。 (4)结合紫坪铺面板堆石坝实际工程,分别利用ADINA软件和GEO-SLOPE软件建立面板堆石坝三维静动力分析的有限元模型和面板堆石坝静动力坝坡稳定有限元模型,应用本文提出的高面板坝坝坡稳定有限元分析方法对紫坪铺面板堆石坝上下游坝坡进行了计算分析,通过方法类比和与地震实测资料对比分析,验证了本文所研究的高面板堆石坝坝坡稳定有限元分析方法的合理性和准确性。 本文所提出的上述模型及方法,为强震区高面板堆石坝在地震情况下的坝坡稳定分析方法的研究和高面板堆石坝抗震稳定预测进行了理论探索,所获得的分析计算成果对类似工程也具有一定的参考和应用价值。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TV221.2

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